专利名称：地震检波器弹簧片参数测试系统的制作方法
技术领域：
本发明属于勘探地球物理技术领域，涉及地震检波器，尤其是一种地震检波器弹簧片参数测试系统。
背景技术：
地震检波器是地震勘探行业中的一种专用速度传感器，是将机械能转化为电能的能量转换装置。近年来，随着地震勘探技术的发展，特别是高分辨率勘探的深入，对地震检波器的精度和质量要求也越来越高。弹簧片参数测试系统是对地震检波器中使用的弹簧片刚度和最大支撑力的数据进行测试的仪器，通过对弹簧片进行测试分档，能够大大提高检波器的组装合格率。因此，高精度地震检波器弹组装时，对弹簧片刚度和最大支撑力进行测试十分必要。 通过检索，发现如下两篇与本发明申请相关的公开专利文献I、一种测量电子天平弹簧片刚度的弹簧片刚度精密测试仪(CN101556229)，在被测弹簧片的下部有加力杆；杠杆的一端作用于加力杆，另一端连接有砝码，靠近砝码处有偏心轮；被测弹簧片上部与非接触式位移传感器和数字显示器相连。杠杆上有砝码架，杠杆的中部有杠杆支架。2、检波器弹簧片测试仪(CN101858837A)，至少包括直线加力机构，用于根据控制系统发出的脉冲数将弹簧片的内环压到预定的位置；控制系统，用于控制直线加力机构进行往复运动，接收电子电平的测量数据，将测试结果信息传递给弹簧片档位显示装置；弹簧片档位显示装置，用于显示当前测试的弹簧片参数的档位，以便操作人员对应弹簧片分档、入库。经过技术特征对比，上述两篇专利公开文献与本发明申请不相同。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种操作简便且检测精度高的地震检波器弹簧片参数测试系统。本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种地震检波器弹簧片参数测试系统，由直线压力机构、测试模块、显示控制模块和PC控制单元构成，直线压力机构竖直固装在测试模块上，显示控制模块和PC控制单元安装在测试模块内。而且，所述直线压力机构由支撑架、弹簧片外圆紧固件、弹簧片前端压件和直线执行器构成，在支撑架上部同轴螺纹啮合安装弹簧片外圆紧固件，支撑架上端与弹簧片外圆紧固件之间形成弹簧片的安装槽；在安装槽上方同轴安装弹簧片前端压件，该弹簧片前端压件的下部可同轴压装入安装槽内；在弹簧片前端压件的下端面嵌装弹簧片压块，该弹簧片压块上端的中轴部位安装直线执行器，该直线执行器与弹簧片前端压件通过内置螺纹连接。
本发明的优点和积极效果是I、本发明利用弹簧片在弹性范围内刚度和发生形变的位移成正比的关系，使用电脑控制直线压力机构压弹簧片，压力测试模块将测试结果在O. 5s内通过串口发送给上位机，软件内增加了测试数据的分析功能，方便用户分析弹簧片整体分布情况，提高产品的测试效率。2、本发明的弹簧片通过弹簧片支撑架定位，能够实现弹簧片的中心定位，在整个测试过程中，以最大逼真程度使弹簧片的放置方式与实际检波器中弹簧片的放置方式一致。3、本发明的压力测试模块的精度为10_6N，相应时间为O. 5s,能够提高测试精度和响应时间。4、本发明采用弹簧片中心定位方式进行测试，通过软件控制电机，对由于弹簧片 入位不准产生的受力不均匀进行释放，减小测试误差，能够满足检波器企业对弹簧片参数进行测试的要求，系统测试数据重复性好，工作可靠，操作方便。
图I是本发明的结构示意图；图2为图I的A部结构放大图；图3为本发明的电气控制方框图。
具体实施例方式对本发明的实施例做进一步说明；下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。一种地震检波器弹簧片参数测试系统，由直线压力机构、测试模块7、显示控制模块和PC控制单元构成，直线压力机构竖直固装在测试模块上，显示控制模块和PC控制单元安装在测试模块内。所述直线压力机构由支撑架6、弹簧片外圆紧固件5、弹簧片前端压件2和直线执行器I构成，在支撑架上部同轴螺纹啮合安装弹簧片外圆紧固件，支撑架上端与弹簧片外圆紧固件之间形成弹簧片4的安装槽；在安装槽上方同轴安装弹簧片前端压件，该弹簧片前端压件的下部可同轴压装入安装槽内；在弹簧片前端压件的下端面嵌装弹簧片压块3，该弹簧片压块上端的中轴部位安装直线执行器，该直线执行器与弹簧片前端压件通过内置螺纹连接。支撑架和测试模块垂直装配，支撑架采用合金铝材料制成，既保证了机械强度，又能减轻压在测试模块上的质量。同时，将支撑架与测试模块做为一体，能够有效避免周围震动对测试结果的精度的影响。PC控制单元负责发送直线压力机构的控制指令、接收测试模块上传的数据并进行运算和发送显示控制电路的控制指令，直线压力机构既充当压力装置，又作为位移定位单元，该压力机构依据安培力原理，即通电导体放在磁场中，就会产生力F，力的大小取决于磁场强弱B、电流I、磁场和电流的方向。测试模块采用瑞士测力技术，通过复杂的过滤器算法，加上强大的微处理器，其测试精确度为10_6N，同时能够在O. 5s内将测试得到的稳定数据通过RS-232接口发送。显示控制模块采用Atmega32单片机进行控制，使用RS-232通信协议与上位机通信，使用两片74HC595级联的方式控制LED显示。本系统能够测试弹簧片的两个数据量，一个是弹簧片的刚度K值，另一个是弹簧片的最大支撑力F值。本系统采用C++语言在VC6. O环境下开发测试界面，软件界面主要分为五部分(1)系统的初始化和开始测试功能，(2)用于显示系统时间和测试的弹簧片总片数，(3)显示系统测试数据，(4)用户观察测试结果的分布情况，(5)显示对应档位上弹簧片的个数。测试软件主要的功能是驱动直线压力机构、接收测试模块上传的数据和将运算后的控制指令发送给显示控制模块。弹簧片档位显示装置用于显示当前测试的弹簧片参数的档位，以便操作人员对应弹簧片分档、入库。
检波器中的弹簧片在使用前要经过热处理，处理后的弹簧片会发生形变，经过腐蚀后的弹簧片的臂长、壁厚的值均不同，测试系统测得的刚度K值能够将这几个因素用一个参数涵盖，选取弹簧片时就不用考虑多个因素。测试系统的硬件由压力测试模块、直线压力机构和显示控制电路三部分组成，硬件接口依次与相应的传感器相连，接口硬件将输出信号转换成计算机能识别的形式输送到计算机中。地震检波器的基本结构可以简化为一个弹簧刚度为K与质量为M的惯性体做简谐
振动，当无阻尼振动时，其频率为式中K一弹簧的刚度，M—惯性体质量。图2所
2π M
示的是常规检波器的弹簧片，图中花纹镂空的作用是减轻弹簧片的质量，提高振动频率。弹簧片经过热处理后发生形变，形变的三条筋两两夹角为120°，为方便计算，可以假设弹簧片的整体刚度K=3k (k为一个臂的刚度)，检波器中弹簧片的臂为一端固定，另一端自由悬
伸的悬臂梁，弹簧片固有频率的计算公式为=丄=丄」^!二
2π ]' M 2π \ 4Μ1 4π/ \ MI式中M-弹簧片质量I—弹簧片臂长E——弹性模量b—弹簧片宽度h——弹簧片厚度由上式可知，弹黃片的固有频率受材料、壁厚和臂长的影响，固有频率的大小决定了检波器振动后悬体恢复到平衡位置时间的长短及振幅的大小。经过腐蚀后的每个弹簧片的臂长I、宽度b和厚度h的值均不同，而测试系统测得的刚度K值能够将这几个因素用一个参数涵盖，因此，选取弹簧片时就不用考虑多个因素，只需选取K值合适的弹簧片即可。直线压力机构弹簧片参数测试系统使用进口直线压力机构，具有结构简单、体积小、高速、高加速、响应快等特性。其工作原理是通电线圈(导体)放在磁场内就会产生力，力的大小与施加在线圈上的电流成正比。其直线推力Fl=力量常数X最大电流=12 X 1=12N,行程为50mm,编码器位置解析度为O. 5 μ m。测试模块系统中的测试模块采用瑞士测力技术，通过复杂的过滤器算法，加上强大的微处理器，能够很可靠地区分质量与环境影响的有效变化。新型测试模块的较传统的传感器无论测试精度，还是响应时间上都有了很大的改善，其测试精确度为10_6n，同时它能够在O. 5s内将测试得到的稳定数据通过RS-232接口发送。显示控制电路显示控制电路采用Atmega32单片机进行控制，由于单片机需要接收电脑发送的控制指令，因此使用RS-232通信协议，采用单电源转换芯片MAX232将电脑输出的-15V +15V电压转换为单片机需要的O 5V电压，通信方式采用异步串行USART通讯。由于单片机引脚有限，为了充分利用引脚资源，显示输出部分采用串入并出芯片74HC595，使用两片74HC595级联的方式能够满足IOX 15共150个LED灯的显示功能。本发明的工作原理是系统整体结构如图I所示，首先将弹簧片放到固定支撑架上，压力机构前端压件压在弹簧片的外圈，将弹簧片压到水平位置X2处，测试模块这时得到力F2，然后直线压力机 构上升到X1处，测试模块测得力为F1，弹簧片刚度测试公式为ΛΓ = ^1；+Ktidi，而&
值即为弹簧片被压到水平位置时所求的最大支撑力F。对于使用计算机的仪器，在成批量元件的测量中，通过设定分档的上下值，然后进行细分，显示系统即能够根据上位机程序发送的XeMMt和YeMMt这两个数值在显示面板上进行数据的显示。
K-K对于所测试出来的数值在Χ，Υ轴进行分档位数值=— X15
A — /C
maxmm
Ynmaii =M---n x 10配置文件中应该设定刚度(纵坐标)和最大支撑力
M — M ·
maxmm
(横坐标)的上下限值，显示系统即能够根据上位机程序发送的和这两个数值在显示面板上进行数据的显示。软件界面测试系统在Windows环境下使用C++语言进行开发，使用VC++6. O中MSComm控件开发串行通信程序，通信方式采用事件驱动方式，即事件发生时需要得到通知，此时利用MSComm控件中的OnComm事件捕捉并处理这些通信事件，程序通过ReadConfigFile O读配置文件，完成系统的初始化参数设定。由此可见，采用这种方式实现的弹簧片参数的测试，根据直线压力机构反馈的数据，可以判断弹簧片被压的位移。压力测试模块能够快速发送弹簧片受压后的数据，经上位机软件运算处理后，可通过显示控制电路实现对弹簧片的分档。本发明的直线压力机构的编码器为5001ines，2000Counts/Rev，在控制程序中设定SV=5242880，可得到压力机构的转速为40Rev/Sec，这样压力机构能够在Is内移动40mm。而测试系统要求的行程小于40_，压力机构往返一次的时间小于2s。通过对压力机构进行编程，能够保证压力机构前端压件平稳的将弹簧片压在测试模块上，克服了电磁砝码和杠杆的弊端，保证系统能够长时间精确测试。
权利要求
1.一种地震检波器弹簧片参数测试系统，其特征在于由直线压力机构、测试模块、显示控制模块和PC控制单元构成，直线压力机构竖直固装在测试模块上，显示控制模块和PC控制单元安装在测试模块内。
2.根据权利要求I所述的地震检波器弹簧片参数测试系统，其特征在于所述直线压力机构由支撑架、弹簧片外圆紧固件、弹簧片前端压件和直线执行器构成，在支撑架上部同轴螺纹啮合安装弹簧片外圆紧固件，支撑架上端与弹簧片外圆紧固件之间形成弹簧片的安装槽；在安装槽上方同轴安装弹簧片前端压件，该弹簧片前端压件的下部可同轴压装入安装槽内；在弹簧片前端压件的下端面嵌装弹簧片压块，该弹簧片压块上端的中轴部位安装直线执行器，该直线执行器与弹簧片前端压件通过内置螺纹连接。
全文摘要
本发明涉及一种地震检波器弹簧片参数测试系统，由直线压力机构、测试模块、显示控制模块和PC控制单元构成，直线压力机构竖直固装在测试模块上，显示控制模块和PC控制单元安装在测试模块内。本发明利用弹簧片在弹性范围内刚度和发生形变的位移成正比的关系，使用电脑控制直线压力机构压弹簧片，压力测试模块将测试结果在0.5s内通过串口发送给上位机，软件内增加了测试数据的分析功能，方便用户分析弹簧片整体分布情况，提高产品的测试效率。
文档编号G01N3/00GK102890029SQ20121038513
公开日2013年1月23日 申请日期2012年10月12日 优先权日2012年10月12日
发明者李淑清, 李建良, 李永跃 申请人:天津科技大学